Giáo trình KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - Chương 3

Chương 3: Chất bán dẫn - diodeCHẤT BÁN DẪN – DIODE3.1. Chất bán dẫn 3.1.1. Khái niệm Sự dẫn điện của một chất tùy thuộc vào số điện tử (electron) nằm ở lớp vỏ ngoài cùng của nguyên tử. Dựa trên cơ sở này người ta xác định sự dẫn điện của một chất như sau: - Chất dẫn điện (conductor) là một chất có số điện tử ở lớp ngoài cùng ít hơn rất nhiều so với số điện tử bão hòa của lớp đó. - Chất cách điện (insulator) là một chất có số điện tử ở lớp...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - Chương 3 Chương 3: Chất bán dẫn - diode Chương 3 CHẤT BÁN DẪN – DIODE3.1. Chất bán dẫn3.1.1. Khái niệm Sự dẫn điện của một chất tùy thuộc vào số điện tử (electron) nằm ở lớp vỏ ngoài cùngcủa nguyên tử. Dựa trên cơ sở này người ta xác định sự dẫn điện của một chất như sau: - Chất dẫn điện (conductor) là một chất có số điện tử ở lớp ngoài cùng ít hơn rấtnhiều so với số điện tử bão hòa của lớp đó. - Chất cách điện (insulator) là một chất có số điện tử ở lớp ngoài cùng bằng hoặc gầnbằng số điện tử bão hòa của lớp đó. - Chất bán dẫn (semiconductor) là một chất có số điện tử ở lớp ngoài cùng nằmkhoảng giữa hai loại trên. Ngoài ra, người ta có thể phân biệt chất dẫn điện, chất cách điện, chất bán dẫn, dựatheo khái niệm điện trở suất, điện dẫn suất,…. Có thể nói chất bán dẫn có độ dẫn điệnnằm khoảng giữa kim loại và chất cách điện. Ta có thể điều chỉnh, thay đổi độ dẫn điệncủa chất bán dẫn. Chất bán dẫn dạng nguyên tố được tìm thấy trong nhóm IV của bảng hệ thống tuầnhoàn. Loại tiêu biểu của ngành điện tử: Silicium (Si), Germanium (Ge). Chất bán dẫn dạng hợp chất được tạo thành bằng cách kết hợp các n guyên tố ở nhómIII và V, II và VI, có loại hợp chất gồm ba hay bốn nguyên tố. Ví dụ: AlGaAs, GaAsP,AlGaAsSb, GaInAsP. Trường hợp đặc biệt dạng hợp chất nhóm IV: SiC, SiGe. - Hợp chất gồm hai nguyên tố III và V: AlAs, AlP, AlSb, GaAs, GaP, GaSb, InAs,InP, InSb. - Hợp chất gồm hai nguyên tố II và VI : CdSi, CdTe, HgS, ZnS, ZnTe.3.1.2. Bán dẫn thuần - Khái niệm: Bán dẫn thuần là bán dẫn duy nhất Sikhông pha thêm chất khác vào.   - Sự dẫn điện của bán dẫn thuần : Si   Si   Si Xét bán dẫn tinh khiết Si, Si có 4 điện tử ở lớp ngoài cùng, 4 điện tử này sẽ liên kết với 4 điện tử của bốn nguyên tử kế cận nó, hình thành mối liên kết gọi Silà liên kết cộng hóa trị. Hình 3.1. Cấu trúc tinh thể Si. Ở nhiệt độ thấp các liên kết đó bền vững nên tất 44 Chương 3: Chất bán dẫn - diodecả các điện tử bị ràng buộc trong mạng tinh thể, do đó Si không dẫn điện. Ở nhiệt độ tương đối cao hoặc được cung cấp năng lượng dưới dạng khác: chiếu ánhsáng,… một trong những mối liên kết bị phá vỡ, điện tử thoát ra trở thành điện tử tự do,để lại trong mạng tinh thể một chổ trống thiếu điện tử gọi là lỗ trống, lỗ trống mang điệntích dương. Nhiệt độ càng cao thì số điện tử tự do và lỗ trống hình thành càng nhiềunhưng mật độ của chúng (nồng độ trong một đơn vị thể tích) là bằng nhau và thường kíhiệu ni = pi (3.1) Khi không có điện trường thì điện tử tự do và lỗ trống chuyển động nhiệt hỗn loạnkhông ưu tiên theo phương nào nên không có dòng điện. Khi có điện trường đặt vào tinh thể bán dẫn, dưới tác dụng của lực điện trường điệntử và lỗ trống chuyển động có hướng: điện tử chuyển động ngược chiều điện trường, lỗtrống chuyển động cùng chiều điện trường làm xuất hiện dòng điện trong bán dẫn. Như vậy, dòng điện trong bán dẫn thuần là dòng chuyển dời có hướng của điện tử tựdo và lỗ trống dưới tác dụng của điện trường.3.1.3. Bán dẫn tạp chất Bán dẫn tạp chất là bán dẫn có pha thêm chất khác vào. Tùy vào chất khác là chất nàomà có hai loại bán dẫn tạp chất: bán dẫn loại N và bán dẫn loại P. a. Bán dẫn loại N Pha thêm một lượng rất ít phosphore (P) vào Si 1chất bán dẫn Si theo tỉ lệ , sự dẫn điện của Si  108 tăng lên 10 lần. P là chất ở nhóm V, có 5 điện tử ởlớp ngoài cùng. Bốn điện tử của nguyên tử P liên P   Si Si   kết với 4 điện tử của bốn nguyên tử Si khác nhau nằm cận nó. Như vậy, P còn thừa lại một điện tửkhông nằm trong liên kết hóa trị. Điện tử thừa này Sirất dễ dàng trở thành điện tử tự do, nguyên tử tạpchất P khi đó bị ion hóa và trở thành một ion Hình 3.2. Bán dẫn loại N.dương. Nếu có điện trường áp vào, các hạt dẫn tựdo sẽ chu ...